水下中远场爆炸冲击波作用下航行体表面动态响应分析

针对水下中远场爆炸作用下航行体表面动态响应复杂、预测困难的问题,基于任意欧拉-拉格朗日数值算法,考虑自由面对冲击波反射的影响,利用爆炸相似理论细化模型网格,运用有限元软件对水下爆炸模型进行求解。分析冲击波作用下航行体表面动态应力峰值出现的时间和区域,并对其动态响应随当量、爆距及水深的变化规律进行研究。利用数值拟合方法得到航行体表面动态应力方程,并通过决定系数验证其可靠性,在定当量、爆距情况下可直接求解其动态应力。研究结果表明:当量增加,动态应力在相同爆距区间内衰减速率增大;爆距增大,动态应力在相同当量区间内增长速率降低;深度每下降100 m,动态应力增长20 MPa左右。所得研究结果可为中远场水下爆炸作用下航行体安全防护和抗冲击研究提供一定参考。

基于FA-PID算法的电动舵机多非线性系统研究

针对制导炮弹电动舵机常规建模时常将各部分视为线性环节,且采用传统三闭环PID算法无法解决复杂非线性系统的高频响、低超调等问题。本研究充分考虑了舵机系统内部的电机、死区齿隙与LuGre摩擦等非线性环节,搭建了电动舵机的多非线性控制系统,根据舵偏角运动方向的非单一性,设计了电机的正反转逻辑换相判别模块,并在电动舵机的位置环中引入了模糊自适应PID(FA-PID)智能算法。结果表明:采用FA-PID算法相比于传统PID控制对小角度位置响应的延迟时间下降了约0.49%,上升时间下降了约6.91%,峰值时间下降了约39.94%,稳态误差下降了约94.44%,且进一步通过小角度方波/正弦位置跟踪研究同样可以得出该算法的快速性与鲁棒性。

某自行火炮随动系统检测装置设计与实现

现有的自行火炮随动系统出厂检测多为人工检测,存在作业人员工作强度高,检测过程中极易出现漏检、错检等问题,严重影响了自行火炮生产效率和产品交付进度。基于此,为某自行火炮研制了一种随动系统检测装置,该检测装置包括上位机、下位机两部分,集成了自行火炮随动系统出厂检测所需的全部功能,可自动完成连续12 h调炮精度检测和调炮时间检测的全过程,无需人工干预。经测试,检测装置功能完善且运行良好。将所设计的随动系统检测装置应用于该型自行火炮生产装调后,截止目前未出现因作业人员失误导致错检、漏检等现象。相较于传统的人工检测方式,使用该检测装置能较好地提高该型自行火炮随动系统出厂检测的效率。

某82速迫新型供弹系统及其多体动力学仿真分析

针对目前速射迫击炮供输弹系统自动化程度不足的问题,基于82速射迫击炮设计一种结构紧凑、供弹稳定可靠的新型供输弹系统,并进行跨平台的机电系统联合仿真研究。供弹系统采用可抛弃弹荚供弹方式,能够实现密排弹舱布置,提高系统携弹量,可快速完成迫击炮连续自动射击;为验证供弹系统供弹过程,利用动力学软件Adams和控制分析软件Simulink,建立供弹系统多体动力学模型和机电联合仿真模型,并对其进行仿真分析。仿真分析结果表明:控制系统动态特性稳定可控,可为物理样机设计提供理论依据。

某新型迫击炮防重装弹系统设计

为解决迫击炮发射过程中可能发生的重装弹问题,确保部队实弹射击时人员和装备的安全,设计一种新型迫击炮防重装弹系统,借助炮弹装填时的下滑力和缓冲机运动时的缓冲力来自动切换自身状态的指示物,从而解决迫击炮实弹射击中可能出现的“重装弹”问题。通过顶杆组件与缓冲机之间的相互作用,可实现将缓冲力传递至防重装弹系统。经理论计算与仿真实验验证,表明其顶杆组件能够满足迫击炮射击的强度和稳定性要求。

基于过程集成的迫击炮内弹道参量优化

针对迫击炮内弹道参量在优化设计中存在的效率低、全局搜索性差、过程复杂等问题,基于迫击炮内弹道模型,提出了一种过程集成优化设计方法;首先利用MATLAB/Simulink软件搭建了迫击炮内弹道模型并通过仿真计算得到迫击炮的膛压、速度随时间变化曲线,得到的膛压和速度参量与试验结果具有较好的一致性;然后通过集成优化平台ISIGHT集成MATLAB/Simulink软件,结合带精英策略的改进非支配排序遗传算法对其进行了以最大膛压和炮口速度为目标函数的多目标优化设计;优化结果表明:优化后的最大膛压降低了13.63%,炮口速度提高了10.46%,该方法在提升内弹道性能的同时提高了优化效率,为武器的内弹道优化设计提供了一种新思路。

冲击载荷作用下座钣与卵石炮位耦合特性仿真研究

卵石炮位是考核迫击炮作战性能的重要工况之一,卵石颗粒是一种离散介质,具有连续性特点的有限元网格模拟冲击载荷作用下卵石的运动具有很大的难度。基于有限元与离散元(FEM-DEM)耦合的方法,提出了一种迫击炮在卵石炮位射击的数值模拟方法。建立了具有连续介质特性的迫击炮全炮有限元模型及具有离散介质特性的卵石离散元模型,实现两者的有限元-离散元耦合建模;对整体模型进行重力作用下的密实计算;研究了相同冲击载荷工况下座钣在不同颗粒直径卵石炮位的动态特性,仿真结果与测试值吻合较好。研究表明:在冲击载荷作用下,座钣在卵石炮位上会经历后坐、复进和反跳3个过程,座钣后方的表层卵石颗粒会在座钣的撞击下向后上方飞溅;座钣后侧面筋板受力状况比较恶劣,且随卵石颗粒直径的增大,受力数值和分散程度增大,座钣位移也随卵石颗粒直径的增大而增大。该研究为迫击炮在卵石阵地上发射时座钣的动态特性计算和座钣结构优化设计提供了重要的理论参考价值。

某迫击炮击发机构关键部件仿真分析

某迫击炮拉发机构在长期射击试验过程中,拨爪受到拨爪轴、击锤和套筒的冲击载荷作用,导致击发机构中的拨爪出现了断裂失效。为研究其损坏的力学机理,在对击发机构结构组成和机构动作分析的基础上,采用模块化、参数化的有限元建模方法,建立击发机构有限元模型。仿真分析不同工况下击发机构的动态特性,得到了不同工况下拨爪所受应力最大值以及最大值所在的位置,通过应力变化分析找出了拨爪的薄弱环节,即易断裂的位置;在此基础上对击发机构进行疲劳分析,得出易失效位置的寿命。结果表明,拨爪在爪尖处和拨爪孔几何形状突变处受到应力较大,容易发生疲劳失效,但应力最大值小于材料屈服极限,但是疲劳寿命较小,因此易出现断裂。该仿真结果与实际失效情况相符,同时为优化击发机构、减小应力集中、解决拨爪破裂故障提供了理论参考。

某迫击炮牵引装置限位块仿真分析

迫击炮牵引装置在行驶过程中,轮胎受到路面冲击载荷作用,使得扭力轴扭转、挡块碰撞限位块,较大的反复冲击会使得限位块发生断裂。为了研究限位块断裂原因,建立了迫击炮牵引装置多体动力学模型,通过仿真计算得到路面行驶状态限位块受力规律,获得了限位块碰撞接触力峰值;建立了上、下限位块有限元模型并进行了冲击载荷下的瞬态动力学分析,得出限位块所受应力最大值以及最大值所在位置,即分析出限位块易断裂的部位。结果表明,上限位块焊缝处最大应力位于焊缝边缘处,下限位块最大应力位于U形弯转处,其值接近材料屈服强度,易发生疲劳断裂。基于此,进一步对限位块进行疲劳分析,结果表明,下限位块寿命远小于上限位块,易发生疲劳断裂。根据疲劳分析结果对限位块进行形状优化,大幅度提高了限位块寿命。

动载荷作用下迫击炮与土壤刚柔耦合响应分析

在实弹射击中,一般将迫击炮座钣与水平地面构筑成20°角左右,从而使座钣更加稳固,以提高射击精度。为探究身管与座钣在实弹射击中的最佳配合角度,建立了某型82 mm迫击炮与土壤刚柔耦合的有限元模型,对装药号为4号,射角分别为50°、60°,座钣与水平地面分别成10°、20°、30°的6种工况,基于显式求解器进行发射动态响应分析,得到6种工况下迫击炮一发射击时射角的相对变化曲线。在其他发射条件一致时,发现座钣与身管的角度越接近90°,迫击炮射角相对变化量越小,当座钣与身管角度达到90°时,射角相对变化量也达到最小值,此时的射击精度最高。该研究结果对迫击炮的可靠使用、发射动态响应研究和相关辅助装置设计具有参考价值。

迫击炮发射条件对炮口扰动的影响分析

为探究迫击炮发射条件中射角和弹丸装药号对炮口扰动的影响,建立了某型迫击炮、弹丸及土壤的非线性有限元模型,考虑弹丸与身管耦合、座钣与土壤耦合、脚架与土壤耦合和缓冲机特性,使用显式求解器,仿真分析了不同射角和装药号条件下迫击炮单发射击时炮口扰动的变化规律。研究发现弹丸装药号和射角与炮口扰动均是正相关,对于某一距离的目标,使用较小号装药配合较小的射角,可以有效降低一发射击时产生的炮口扰动,提高射击精度。该结论对迫击炮的可靠使用和提高射击精度具有重要指导意义。

基于Johnson-Cook本构模型的弹带挤进过程数值模拟

采用非线性有限元数值模拟的方法对某大口径火炮弹带挤进过程的力学机理进行了研究。基于JohnsonCook动态本构模型并结合实验测试数据,在有限元软件ABAQUS中建立了挤进过程的非线性动力学模型,利用显式数值积分算法对弹带挤进过程的非线性动力学进行了数值模拟。通过数值计算,分析了弹带刻槽形成过程,得到了弹丸挤进运动规律、动态挤进阻力及挤进压力值,获得了摩擦性质对弹带挤进过程的影响规律。结果表明:摩擦系数越大,挤进时间越长,挤进阻力越大,对应的挤进压力也就越高。研究结果可为大口径火炮、弹丸和装药设计研究提供一定的参考。

基于瞬态动力学分析的某装备改装研究

根据某两种迫击炮武器改装的需要,以瞬态动力学理论为基础,论述了非线性动力学的数值求解方法;利用软件分别建立了该两种武器改装后的实体结构及对应的仿真模型,并计算了两种武器改装后的载荷状况;对两种仿真模型进行了瞬态动力学分析;分析结果表明改装后的结构能够满足改装要求;仿真结果将为该装备的改装设计提供一定的理论依据和技术支持。

某车载自动迫击炮的炮口动态仿真

结合某车载自动迫击炮的特点,建立了考虑自动机运动的全炮动力学模型,通过连发射击炮口动态仿真,分析了炮口偏离理想位置的情况及其对射击密集度的影响.分析结果表明:四连发射击时,炮口在30 mm×50 mm范围内移动及-0.4°～1.5°以内转动,其运动规律为周期振动,由于最大振幅出现的时刻离弹丸出炮口的时刻有一定时间间隔,因此炮口运动对射击密集度造成的影响较小.在此基础上,利用网络图全面预测了炮口运动在高低射界及方向射界内的变化趋势,以及对射击密集度的影响程度,并提出了有关改进建议,为该武器系统的研制提供了重要的理论参考依据.

某迫击炮炮口流场数值模拟与分析

为研究迫击炮超压值对人体的影响,模拟了弹丸出炮口后的流场。考虑了炮膛与弹丸定心部间隙的内弹道经典模型,计算内弹道参数。根据内弹道计算结果初始化弹丸在炮口时的膛内流场,然后模拟膛内气体流空形成的炮口流场,过程引入了火药气体与弹丸运动的耦合作用。计算过程采用分块网格的整体运动处理方法和结构化网格动态层变方法。计算结果捕捉到清晰瓶状激波系,详细分析了炮口周围不同监测点的超压值及膛内气体流空过程,对炮口冲击波的研究具有指导意义。

基于粗糙集和支持向量机的火炮内膛疵病识别方法

火炮内膛疵病智能识别是火炮内膛窥测的最终目标,它涉及到内膛疵病的特征提取和疵病识别两方面。首先建立了包括疵病形状、纹理与颜色特征的火炮内膛疵病特征体系;并采用模糊粗糙集理论分析了各疵病特征对疵病识别的敏感性,由此优化了疵病特征体系,降低了疵病特征维数;建立了最小二乘支持向量机小样本、非线性数据特征的多疵病分类器,提高了疵病识别效率和质量。

复合材料座钣动态响应分析及结构优化

为研究迫击炮座钣轻量化问题,提出了一种碳纤维复合材料座钣设计方案。采用碳纤维增强树脂基复合材料作为座钣主体,以大变形分散吸收后坐能量;采用钛合金驻臼和边角承受后坐力,防止局部冲击损坏。基于三维Hashin准则开发了VUMAT材料子程序,模拟复合材料的失效行为。建立了复合材料座钣与土壤耦合的全炮非线性动态有限元模型,通过仿真计算获得了座钣最大应力和最大位移,分析了不同土壤类型对炮口扰动的影响。通过最优拉丁超立方试验设计,建立了座钣5层BP神经网络代理模型和多目标优化模型;利用BP神经网络与带精英策略的非支配排序遗传算法对座钣进行了多目标优化设计。优化后炮口扰动显著降低,座钣质量比初始设计减少了11.38%。

某迫击炮身管寿命分析及预测

针对某型迫击炮身管材料由炮钢更换为钛合金后的身管寿命问题,通过对炮钢与钛合金材料的疲劳性能试验与理论分析,评估两种材料下的身管疲劳寿命。并以最大允许发射速度,在实弹射击试验及数据拟合分析的基础上,建立了火炮初速随射弹发数的表征关系,依据国军标判据预测了钛合金身管的弹道寿命。

弹带材料对挤进过程的影响分析研究

以常用铜弹带材料属性研究和本构关系为基础,研究了在某大口径火炮中弹带材料对挤进过程的影响规律。使用有限元软件ABAQUAS建立弹带挤进系统模型,采用Johnson-Cook本构模型描述材料的接触失效,利用显示数值积分算法对弹带挤进过程的非线性动力学行为进行了数值模拟,分别对4种不同的铜弹带材料进行了数值计算。经过4种结果的对比分析,得到了铜材性质对挤进过程影响的机理,并提出了新型塑性弹带材料的研究方向。研究结果可为大口径火炮弹带材料的优化和研究提供一定的参考。

基于模糊层次评判的火炮测试性分级评估

针对用故障总检测率评估火炮测试系统测试性不完备的问题,提出了基于模糊层次评判的火炮测试性分级评估模型。在对某火炮火力系统常见故障进行故障模式分析的基础上,将层次分析法和模糊综合评判的方法应用到分级评估中,实现了对某火炮火力系统的故障测试项目进行一级测试、二级测试、综合测试和工厂测试的归类;通过与某火炮火控系统分级测试分级结果的对比,验证了指标体系和方法的有效性和适用性。